实验3.2 组合逻辑电路设计1

数字电子技术实验
实验3.2 组合逻辑电路设计1
一、实验目的
1.学习数字电路的集成芯片的使用方法。
2.熟悉组合逻辑电路设计过程。 3.初步掌握利用小规模集成逻辑芯片设计组合逻辑
电路的一般方法。
二、实验任务
1.要求利用一片74LS00芯片（含有4个“与非”门）
设计实现一个“异或”功能的电路。
2.实现自备电站中发电机启停控制电路设计，电路
CMOS:
“0”: UOL=0.0V～0.25V
“1”: UOH≈5V(接5V电源时)
组合逻辑电路1的特点： 由小规模集成电路逻辑门芯片构成； 电路的输出只与电路当前输入有关。 组合逻辑电路1的设计步骤： 根据题目输入和输出要求及相互关系，进行逻 辑抽象,即说明逻辑变量； 列出真值表； 用公式法或卡诺图化简，写出满足给定的芯片 的逻辑表达式； 用逻辑符号画出该逻辑表达式的逻辑电路图。
因为扩展箱与主箱间没有电的连接，所以扩展箱上 的每个芯片电源需通过主箱电源(+5V和地)接入。
不可在接通电源的情况下插入或拔出芯片。
TTL集成块输出不允许并联(“线与”)使用(集电极开 路门(OC门)和三态门电路除外)。否则会使电路逻辑
功能混乱，严重时串联形成大电流会导致器件损坏。
加入输入波形时，可利用实验箱内左下角的脉冲源 得到输入波形。但要使该脉冲源工作，必须接入+5V电 源。如果脉冲源坏了，可用信号发生器“TTL/CMOS”电 平端口送出脉冲信号。注意仪器共地。 观察输入和输出波形时，一定要把示波器的的耦合 方式置“DC”。CH1、CH2电压衰减可置2V/每格。
逻辑抽象
★输入变量：分别用A、B、C等表示
假设
“1”：表示……
“0”：表示……
可用实验箱发 光二极管作报 警信号指示
★输出变量：用F、Y或题目指定符号表示
根据题意
“1”：表示高电平报警，则“0”表示不报 警 “0”：表示低电平报警，则“1”表示不报 警
任务一：一片74LS00芯片实现“异或”功 能查管脚图，一片74LS00芯片，含有4个独立的“与 非”门，要实现“异或”功能必须化简成≤4个“与 非”门的组合来实现。
2.完成任务一、二电位测试表格。 3. 记录输入C与输出Y的波形。(A接低电平，B接 高电平，C接1KHz脉冲)
4.根据测试数据，得出结论。完成思考题。
六、注意事项
注意一定要先查导线，再开始接线。 注意通常电源均按+5V和地接入，每个芯片都需接 入一对电源，为防止遗漏，可把它定为接线的第一 步。注意电源不要接反，否则会烧坏芯片。
三、实验设备
数字电路实验箱( 74LS00、74LS86、74LS54、74LS04数字 集成芯片、脉冲源 )、数字万用表、示波器、导线。
四、实验原理及步骤
左边一个半圆小缺口，管脚顺 序是从左下脚逆时针数起。输 入一般用A、B、C… …表示,输 出用Y、F表示
ＮＣ(管脚3和11)是空脚,
表示该引出线没有使用。
故障检查
在验证真值表时，如某个输出状态出错，可在 该状态下，用万用表的直流电压20V挡从输入端一 级一级向后逐级测量各门的输出电位，校验门的输 入输出逻辑关系，不符合门的逻辑特点话，则该门 电路为故障，即该芯片故障。
五、实验报告要求
1.按组合逻辑电路1的设计步骤设计实验电路，并
写出详细设计过程和操作步骤。
它是由4个“与”门， 经“或非”后输出 的
对于“与”门中多出的输 入端，为了满足门不被关 闭,可接“1”处理或悬空处 理。
用“与或非”门(74LS54 )及“非”门(74LS04)实现 的F ：
输出
Y = AB + BC + AC 即：
逻辑电路
Y源自文库
为什么?
步骤:
挡、电阻2K挡或将导线连接+5V 电源与输出发光二极管等方法检查导线导通情况，当 万用表发出蜂鸣声、阻值示数约为0或发光二极管亮 时,均表示导线导通。
Vcc: 接5V
GND: 接地
CMOS:
74HC , CCXXXX 电源
VDD: 3～18V(可接5V) VSS: 接地
逻 辑 电 位
输入(白色钮子开关)
“0”: UiL=0.0V～0.02V “1”: UiH ≈5V
TTL:
输出
“0”: UOL=0.0V～0.4V “1”: UOH=2.4V～3.6V
功能为：某工厂有三个车间和一个自备电站，站内有两 台发电机X和Y，Y的发电量是X的两倍，如果一个车间开 工，启动X就可满足要求；如果两个车间同时开工，启动 Y就可满足要求；若三个车间同时开工，则X和Y都应启 动，试设计一个用“异或”门（74LS86）控制X 、“与或 非”门（74LS54）及“非”门（74LS04）芯片控制Y的启停 电路。
化简过程和逻辑表达式
真 值 表
A B 0 0 0 1 1 0 1 1
F 0 1 1 0
逻辑电路
举例：设计一个照明工作状态的逻辑电路 电路由 红、黄、绿三盏灯组成。正常工作时，只允许有 一盏灯点亮；在其它的点亮状态时要求发出故障信号。(用 “与或非”门74LS54和“非”门74LS04实现） 列真值表 逻辑抽象 输入变量：A、B、C（分别表示三盏灯） 假设 “1”：表示亮灯 “0”：表示不亮灯
实验箱介绍
24P管脚插座
接线以芯片管脚为准，注意插座 序号与实际芯片管脚序号的区别.
常用集成门电路的特点
名称 “非”门 “或非”门 “与非”门 “异或”门 表达式 Y＝A Y＝A+B
A B
逻辑符号
特点
有“0”出“1” 有“1”出“0”
=1
F
有“1”出“0” 全“0”出“1”
有“0”出“1” 全“1”出“0” 相同出“0” 不同出“1”
74LS20
(a)外封装图
(b)双4输入“与非”门引脚
图
对于小规模集成电路的芯片的多余输入端的处理, 根据逻辑门的逻辑特点在门不被关闭时允许悬空，悬 空相当于逻辑“1”。 “与或非”门（74LS54）芯片管脚图介绍 因为是“与或非” 门，根据“或非”门 的特点：有“1”出“0”、 全“0”出“1”，所以对 于74LS54多余的“或” 门管脚必须接地处理, 不能悬空，以防门被 “关闭”。
输出变量：用F表示 假设 “1”：表示报警
“0”：表示正常
写出输出 F 的最小项的表达式，用公式法或卡 诺图化简成满足给定的芯片的逻辑表达式。 化简过程和逻辑表达式
用卡诺图化简
用“与或非”门(74LS54) 实现 ★ 因为74LS54的表达式是：
★
对照逻辑表达式(3个 “与”门经“或非”后 输出), 所以多出的一个“与”门, 为了满足“或非”门不被 关闭，必须将它接地处理。
Y＝A·B Y＝AB
输入:16路白色钮子开关置“H”表示逻辑“1”,置“L”表示逻辑
“0 ”
输出:16路发光二极管亮表示逻辑“1” ,二极管灭表示逻辑 “0 ” 输出电路 输出发光二极 输入电路
管公共端接地 共阴极回路， 高电平有效
TTL:74LSXX
型号
,74XX ,74HXX ,74SXX 电源
任务一电位测试
4.用万用表20V
挡测量任务一、二 的输入、输出电位 (即输入、输出在 逻辑“0”和“1”时 对地电压，正常的 电压值范围前面已 介绍)。
逻辑状态 电位(V) 逻辑状态
VA 0 0 1 1
VB 0 1 0 1
VF
电位(V)
逻辑状态 电位(V) 逻辑状态 电位(V)
任务二电位测试
5. A接低电平，B接高电平，C接1KHz脉冲，记录输 入C与输出Y的波形。示波器的电压衰减置2V/每格(可 利用真值表中得到理论上的C与Y的波形加以核对)。
2.根据给定芯片的管脚图，电源均按+5V和地接入 1.用万用表
(注意不要接反)。按照设计好的逻辑电路图连接电路, 输入接白色钮子开关，输出接发光二极管，控制输入 开关，验证真值表，观察表示输出“1”的发光二极管的 亮灯情况。
3.在实验时，对于小规模集成电路的芯片的多余输 入端在门不被关闭时允许悬空，悬空相当于逻辑“1”。